CN1033236C - 高导电耐热铸造铜合金及其工艺 - Google Patents
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Abstract
一种高导电耐热铸造铜合金，是在基体Cu中加入Cr、Mg、RE、Al元素。通过多元少量的复杂合金化，经快速熔炼、加入所需元素，扒渣出炉浇注出所需的铸件，铸件再经保温、淬火、保温，最后出炉空冷获得合格的铜合金。
本发明与现有技术相比，具有导电率和强度高，抗氧化性能强、铸造性能好、耐热、寿命长等优点。是制造矿热炉导电元件和高炉风口的理想材料。其性能可达到：σb：300～420MPa；HB：80～130；δ：10～25%；导电率：90～98%IACS。
Description
本发明涉及一种高导电耐热铸造铜合金及其工艺方法。特别适用于制造矿热炉导电元件以及高炉风口。
目前相近的铜合金有代号为M2C的美国高导电耐热铜合金和CN86100394A的铜基合金，其所含各元素的重量百分比见表1：
表1
| 代 号 | 含元素重量百分比(％) | |||||
| Zr | Cr | Mg | Nb | RE(Ce＋La) | Cu | |
| MC | 0.10～0.30 | 0.10～0.30 | 0.05～0.30 | / | / | 余 |
| CN86100394A | 0.10～0.25 | / | 0.02～0.07 | 0.06～0.15 | 0.02～0.06 | 余 |
这两种铜合金实际上都是变形铜合金，铸造性能极差，不适于制造矿热炉导电元件和高炉风口。而国内矿热炉用的导电铜瓦和高炉风口套一般均用杂铜制造，由于其导电率低、抗氧化性能差，使用寿命一般不足一个月。纯铜导电率高，但强度低，抗拉强度为230～240MPa，布氏硬度HB40～50，也比较低，抗氧化性能极差，用于制造导电元件，使用寿命只有1～2个月。有待开发一种新的铜合金来满足导电元件的需求。
本发明的目的旨在提供一种导电率及强度高、抗氧化性能强、铸造性能好、寿命长，适用于矿热炉导电元件及高炉风口的高导电耐热铸造铜合金。
本发明的任务是通过多元少量的复杂合金化，即向基体Cu中加入Cr、Mg、RE、尤其是Al。其铜合金中所含各元素的重量百分比范围分别为：0.30～1.10％Cr、0.05～0.15％Mg、0.04～0.20％RE(Ce＋La稀土)、0.02～0.11％Al、余为Cu。
铜合金中含0.03～1.10％Cr，其固溶到基体Cu中，形成固溶体，使基体的位错密度增大，同时发生晶格畸变，铜合金强度提高，得到强化。
铜合金中含0.05～0.15％Mg和0.02～0.11％Al，除能进行脱氧、净化熔液外，又能在铜合金表面形成高熔点，高电阻挥发物。与基体Cu紧密结合的氧化镁和氧化铝保护膜显著地提高了铜合金的抗氧化性能和耐热性。
铜合金中含0.04～0.20％RE，除能去除杂质、净化基体、细化晶粒、提高铜合金的机械性能外，由于它是一种活性物质，还能降低铜合金熔液对砂型的界面张力，使充型能力提高。另外RE元素具有很高的化学活性，极易与氧、氮、硫等元素生成氧化物、氮化物、硫化物，进一步净化了铜合金熔液，提高了其流动性。
使用含15％Mg的Cu-Mg合金脱氧，还有利于提高铜合金的导电率。
获得高导电耐热铸造铜合金的工艺为：
1.首先将紫铜快速熔炼到1200～1250℃时，用含15％Mg的Cu-Mg中间合金(使Mg的含量占铜熔液总重量的0.06～0.12％)脱氧去气、扒渣。同时加入Cu-Cr中间合金(使Cr的含量占铜熔液总重量的0.70～1.50％)。
2.在坩锅表面覆盖厚度为50～80mm的木炭并快速升温。
3.当铜合金熔液温度升到1300～1350℃时，清除熔渣，
3.当铜合金熔液温度升到1300～1350℃时，清除熔渣，同时加入Cu-Mg中间合金，(使Mg的含量占铜熔液总重量的0.08～0.10％)；加入含50％Al的Cu-Al中间合金，(使Al的含量占铜熔液总重量的0.08～1.10％)；再加入0.08～0.12％RE(混合稀土)，待铜合金熔液到1250～1300℃时，扒渣、出炉浇注。
4.采用底注半开放式浇注系统，在铸件重要面采用加速凝固方式和加强补缩方法。
5.铸造铜合金在960～980℃的温度下保温3小时后，在含10％NaCl、温度低于25℃的水中淬火。
6.铸造铜合金在450～480℃温度下保温2.5小时，然后出炉空冷。
7.铜合金熔液出炉后可浇注成铸锭进行冷变形加工，制成各种不同用途的型材。
本发明实施例：
以0.06％Cr、0.08％Mg、0.07％Al、0.09％RE(混合稀土)、余为Cu的成份配料，按上述工艺方法便可获得所需的铜合金。其性能为σb：351MPa；HB：90；δ：15％；导电率：92％IACS。
本发明与现有技术相比，具有导电率和强度高、抗氧化性能强、铸造性能好、耐热、寿命长等优点。是制造矿热炉用导电元件和高炉风口的理想铜合金材料。
本发明性能可达到：σb：300～420MPa；HB：80～130；δ：10～25％；导电率；90～98％IACS。
Claims (2)
1.一种用于制造矿热炉导电元件及高炉风口的高导电耐热铸造铜合金，其特征在于由Cr0.3～1.10％、Mg0.05～0.15％、RE(含Ce＋La稀土)0.04～0.20％，Al0.02～0.11％、Cu含量组成。
2.一种制造权利要求1所述的高导电耐热铸造铜合金的工艺方法，其特征在于：
a.首先将紫铜快速熔炼到1200～1250℃时，用含15％Mg的Cu-Mg中间合金(使Mg的含量占铜熔液总重量的0.06～0.12％)脱氧去气、扒查，同时加入Cu-Cr中间合金(使Cr的含量占铜熔液总重量的0.70～1.50％；
b.在坩锅表面覆盖厚度为50～80mm的木炭并快速升温；
c.在铜合金熔液温度升到1300～1350℃时清除熔渣，同时加入Cu-Mg中间合金(使Mg的含量占铜熔液总重量的0.08～0.10％)，加入含50％Al的Cu-Al中间合金(使Al的含量占铜熔液总重量的0.08～1.10％)，再加入0.08～0.12％RE(Ce＋La稀土)，待铜合金熔液到1250～1300℃时，扒查、出炉浇注，采用底注半开放式浇注系统，在铸造铜合金重要面采用加速凝固方式和加强补缩的方法；
d.铸造铜合金在960℃的温度下保温3小时后，在含10％NaCl、温度低于25℃的水中淬火；
e.铸造铜合金在450～480℃的温度下保温2.5小时，然后出炉空冷。
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